تكـنــولـوجـيـــا طــاقــــة الـريــــاح ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ مقـدمــة : استخدمت طاقة الرياح منذ آلاف السنيين في دفع المراكب علي سطح الماء وطحن الحبوب والري وفي ضخ المياه إلي جانب بعض التطبيقات الميكانيكية الأخرى. وتشير المراجع العلمية والمخطوطات التاريخية إلي أن الفُرس هم أول من استخدم طاقة الرياح في طحن الحبوب وضخ المياه. أما في أوربا فقد انتشرت طواحين الرياح "Wind Mills" منذ القرن الثاني عشر حتى وصل عددها في عام 1750 ميلادية إلى أكثر من 8000 طاحونة في هولندا وأكثر من 10.000 طاحونة في إنجلترا كان الغرض الرئيسي لعملها هو ضخ المياه "Water Pumping" من المناطق المنخفضة إلى مناطق الزراعات العالية أو إدارة أحجار "الرحى" لطحن حبوب القمح والذُرة وغيرها. تتولد الرياح نتيجة لامتصاص أسطح الأرض والبحار والمحيطات لأشعة الشمس "Solar Radiation" بنسب متفاوتة فعند سقوط أشعة الشمس يتأثر الغلاف الجوي ويسخن الهواء مما يؤدي إلي انخفاض كثافته، وتبعا لذلك ينتقل الهواء من منطقة الضغط المرتفع (حيث يقل الإشعاع الشمسي) إلي منطقة الضغط المنخفض (حيث الإشعاع الشمسي الأعلى) مما يؤدي إلي نشوء الرياح، وهو عكس ما يحدث في المناطق التي ينخفض فيها مقدار الإشعاع الشمسي. تراجع الاعتماد علي طواحين الرياح بعد اختراع "جيمس وات James Watt" للآلة البخارية في نهاية القرن الثامن عشر ثم عاد الاهتمام بها كأحد مصادر الطاقة النظيفة بعد ارتفاع أسعار النفط عام 1973 وظهور مشاكل بيئية ناتجة عن حرق الوقود الأحفوري مما دفع بتكنولوجيا تصنيع توربينات الرياح في العشرين عاما الأخيرة إلي مستوي عال من النضج تجلي في ارتفاع جودة وكفاءة التوربينات إلي جانب انخفاض تكلفة الإنتاج وبالتالي تزايد الاعتماد عليها. واليوم تستخدم طاقة الرياح في توليد الكهرباء عن طريق تحويل طاقة الحركة الموجودة في الرياح إلي طاقة كهربية، كما ينظر لها كتكنولوجيا ناضجة ففي المواقع ذات سرعات الرياح المرتفعة تكون تكلفة الإنتاج اقتصادية ومنافسة لتكنولوجيات الطاقة التقليدية، وبخاصة عند أخذ التأثيرات البيئية في الاعتبار وحساب أسعار الوقود الأحفوري المستخدم في المحطات الحرارية بسعر السوق (بدون دعم حكومي) وتُسمي الماكينات التي تعمل في توليد الكهرباء توربينات الرياح "Wind Turbines" بخلاف نظيرتها المستخدمة في طحن الحبوب والتي يطلق عليها طواحين الرياح وتشير الإحصاءات إلي بلوغ القدرات المركبة عالميا من طاقة الرياح 74328 ميجاوات بنهاية العام 2006، ولبيان كيفية إنتاج الكهرباء بواسطة توربينات الرياح نقدم بعض المفاهيم الأساسية: مفاهيم أساسية المولد التزامني ""Synchronous Generator : ينقسم المولد إلي جزئين أحدهما ثابت"Stator" يتكون من عدد من الأقطاب المغناطيسية والآخر دوار "Rotor" ويطلق علي المولد لفظة تزامني بسبب أن الجزء الدوار في المولد يدور بسرعة ثابتة تتزامن مع سرعة دوران المجال المغناطيسي علما بأن سرعة الدوران تتحدد بعدد الأقطاب في المولد. المولد اللاتزامني "Asynchronous Generator": يعتبر المولد اللاتزامني أو المولد الحثي "Induction Generator" من المولدات الأكثر استخداما في توربينات الرياح ويكاد يكون استخدامه في الحياة العملية قاصرا عليها، ولعل الشيء الهام أن هذا المولد قد صمم في الأصل كموتور لذا فهو يستخدم ملفات "Coils" ينشأ عنها مجال مغناطيسي عند تزويدها بالكهرباء في بداية عمل المولد وذلك بدلا من الأقطاب المغناطيسية المستخدمة في المولد التزامني كما يتميز برخص سعره مقارنة بالمولد التزامنى. وعادة ما تستخدم التوربينات مولدات تعتمد علي أربع أو ست ملفات، ويرجع هذا إلي أن السرعة العالية في الدوران تقلل حجم المولد وتكلفته حيث أن عدد الأقطاب يتناسب تناسبا عكسيا مع سرعة الدوران التي يبدأ عندها توليد الطاقة الكهربية. نظــام نقل الكهــــرباء تعتبر عملية نقل الكهرباء المنتجة من محطات القوي (حرارية، مائية، رياح، .. إلخ) وتوزيعها وتوصيلها إلي المستخدمين الذين يتواجدون في المدن والقرى وغيرها من مناطق الاستهلاك مثل المصانع، هي المرحلة التالية لعملية الإنتاج. في بداية الأمر توجه الكهرباء الناتجة من محطات القوي الكهربية إلي محولات "Transformers" توجد داخل المحطات لتتولي رفع الجهد إلي حوالي 400.000 فولت (400 كيلو فولت) والجهد هو قياس للقوة الدافعة الكهربية المارة في كابلات النقل فهو القوة التي تدفع الإليكترونات في الدائرة الكهربية، ويفيد هذا الإجراء في نقل أو ضخ الكهرباء لمسافات بعيدة حيث يعمل الجهد المرتفع علي نقلها هذه المسافات بكفاءة عالية. تصنع كابلات الجهد المرتفع "High Voltage Cables" من مواد ذات مقاومة منخفضة مثل النحاس أو الألومونيوم ومع هذا تتسبب هذه المقاومة في فقد جزء من الكهرباء فتتحول إلي حرارة، أما الكهرباء فيتم نقلها إلي محطات المحولات التي تتواجد بالقرب من مناطق الاستهلاك لتقوم بخفض الجهد المرتفع إلي ما يعرف بالجهد المنخفض "Low Voltage" والغرض من إختلاف مستويات الجهد هو أن تصل الكهرباء بالجهد المطلوب إلى مناطق الإستهلاك والتي تختلف إحتياجاتها من الكهرباء حسب أحمالها والحمل ""Load هو مقدار الكهرباء التي تحتاجها الأجهزة لدي المستخدم، فالمصانع تحتاج قدرا من الكهرباء غير الذي تحتاجه المنازل لذا يخفض الجهد بالقرب من المنازل إلي نحو220 فولت حتى يتناسب مع تشغيل الأجهزة المنزلية مثل الأفران ومجففات الملابس. يوجد نوعين من خطوط نقل القوي الكهربية، فهي إما تمد عبر أبراج خاصة وتسمى "كابلات هوائية" أو تدفن في الأرض وتسمي "كابلات أرضية" هذا وتصمم كابلات نقل القوي علي أساس حمايتها من العوامل الجوية مثل العواصف الرملية والثلجية، التي يمكن أن تتسبب في تحطيم هذه الكابلات. ففي عام 1998 ضرب أحد أسوأ العواصف الثلجية مناطق في كندا وقد أثرت هذه العاصفة علي كابلات نقل القوي بشكل مباشر حيث تحطم أكثر من 1000 برج معدني وحوالي 30.000 برج خشبي كانت تستخدم في مد الكابلات الهوائية وقد أدت هذه الحوادث إلي حرمان حوالي 1.4 مليون شخص في إقليم كيبك ""Quebec ونحو 230.000 شخص في مدينة "أونتاريو" من الكهرباء لقرابة الأسبوع. عند دخول الكهرباء إلي منازلنا فإنها تمر علي عدادات Meters"" لتسجيل إستهلاكاتنا منها وغالبا ما تؤخذ قراءات هذه العدادات بداية كل شهر بغرض معرفة الإستهلاك الشهري وتمر الكهرباء بعد ذلك علي منصهر/فيوز "Fuse" لحماية منازلنا من أخطار الكهرباء مثل الماس الكهربي أو زيادة الحمل على الأسلاك حيث يقوم المنصهر في مثل هذه الحالات بفصل الكهرباء تلقائيا. التصميم المستقبلي – الاتجاهات والإمكانيات شجع الاهتمام العالمي المتزايد بالبيئة الحكومات علي التخطيط والعمل لتطوير تكنولوجيا طاقة الرياح ففي عامي 1999 و 2002 نشرت جماعة السلام الأخضر "Greenpeace" والرابطة الأوربية لطاقة الرياح "European Wind Energy Association, EWEA" مخططات لتنمية طاقة الرياح حيث اقترحت جماعة السلام الأخضر إنتاج 10% من إجمالي الطاقة الكهربية العالمية بواسطة طاقة الرياح وذلك بحلول عام 2020 في حين ارتفعت الرابطة الأوربية بالنسبة إلي 12%. ويبين هذا الهدف التأثير الهام لطاقة الرياح سواء علي توفير الوقود الأحفوري (بترول، غاز، فحم) أو منع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. ويوضح أحد التقارير الصادرة عن الاتحاد الأوربي إمكانية تركيب نحو 1.3 مليون ميجاوات من طاقة الرياح في أنحاء العالم بحلول عام 2020 لتنتج حوالي 3000 تيراوات ساعة "ت.و.س." أو أكثر من إجمالي الاستهلاك الحالي للطاقة الكهربية في أوربا. يوضح تقرير "Wind Force 12" الصادر عن الرابطة الأوربية أن طاقة الرياح قادرة علي توفير 12% من احتياجات العالم الكهربية خلال عقدين بشرط زيادة الطلب خلال هذه الفترة بمقدار الثلثين. وربما تضمن هذا وفورات تراكمية تقدر بحوالي 11000 مليون طن ثاني أكسيد كربون ولكي نصل إلي 12% من استهلاك الكهرباء، يجب زيادة نسبة مشاركة طاقة الرياح لأكثر من 12%
Posted on: Tue, 24 Sep 2013 22:51:46 +0000
Trending Topics
Recently Viewed Topics
© 2015